JPH11106837A

JPH11106837A - 焼結鉱製造方法

Info

Publication number: JPH11106837A
Application number: JP28628897A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Okada; 務岡田; Yozo Hosoya; 陽三細谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】配合原料をドワイトロイド式焼結機のパレッ
ト上に層状に装入し上面から点火して焼結鉱を製造する
方法の生産性を向上する。【解決手段】配合原料１をパレット６上に層状に装入
し、上面から点火する。点火炉１３の出側の原料充填層
７の上方から表層部をマイクロ波で加熱して焼結させ
る。その後、マイクロ波照射範囲以外の原料充填層の上
下の差圧を好ましくは１．１〜１．５倍に増加して、上
層から下層に向かって配合原料内の燃料を燃焼させて原
料粉鉱石を焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高炉製造法の原料で
ある焼結鉱を製造する際の生産性を向上する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石の焼結に関しては、ドワイトロイ
ド式焼結機が広く用いられている。これは、原料粉鉱石
に石灰石や珪石等の溶剤と粉コークス等の燃料と水とを
加えて混合、造粒した配合原料を、キャタピラ状に配列
した焼結パレット上に充填して原料充填層を形成し、焼
結パレットを順次水平移動して、点火炉内で充填層の表
面に点火した後、下方から吸引して、配合原料内のコー
クス等の燃料を燃焼させ、発生した熱で原料粉鉱石を溶
融、凝固させ、燃焼帯を漸次表層部から下層部に移行さ
せて焼結するもので、焼結時間は２０〜４０分程度であ
る。

【０００３】グリーナワルド式焼結機等のような他の回
分式焼結機に比べて、ドワイトロイド式焼結機は連続式
であり、大量生産に適しているのが広く用いられている
理由である。現在のドワイトロイド式焼結機は大型化し
ており、幅５ｍ×長さ１００ｍといったものまである
が、生産率は３４〜４３ｔ／ｄ／ｍ²程度である。

【０００４】ここで、世界的な資源事情を鑑みると、高
炉製造法の原料となる塊鉱石の供給量不足が顕著となっ
ており、これに伴い塊鉱石の価格も増大する一方なの
で、粉鉱石の多量使用が求められている。ただし、焼結
鉱の生産量を増大するために、焼結機を増設し、あるい
は焼結機を更に大型化すると多額の設備投資が必要にな
ってしまうので、焼結機の生産性向上が強く求められて
いる。ただし、焼結鉱の製造は、高炉製造法から要求さ
れる成品焼結鉱の品質を維持して生産性を最大にすると
共に、風量原単位、ＮＯｘ排出量原単位を極力抑制する
ような操業が求められる。

【０００５】特開昭５７−１２３９３１号公報には、
「焼結機の着火帯及び保温帯に予めコークスの着火温度
以上に加熱した高温空気を吹き込んで焼結する方法」に
より、コークスの反応速度を速め、焼成時間を短縮して
生産性の向上を図ることができると開示されている。し
かしながら、原料上層部のコークス反応速度を速める
と、通気抵抗の最も大きい燃焼溶融帯の層厚方向の幅
が、下層部に移行するに従って拡大し、下層部の焼成に
おける通気抵抗が大きくなり、生産率を支配する燃焼溶
融帯の移行速度が低下してしまう悪影響があった。

【０００６】特開平９−１１８９３６号公報には、「原
料装入装置と点火炉の間で、原料上面からマイクロ波お
よび／または熱風によって原料表層部を加熱してから点
火し、その後に低酸素濃度のガスを供給して焼結する方
法」により、歩留り向上とＮＯｘ排出量原単位の低減と
を図ることができると開示されている。しかし、この例
に示されるように、これまでのいずれの方法も生産性の
向上は現状の１〜２割程度のものにすぎず、画期的な生
産性向上技術とは言い難いものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術は、い
ずれも設備面の経済性、操業コストを改善しようとする
ものである。しかしながら、次世代焼結技術として生産
性を大幅に向上させるためには、焼結機の機長を変えず
に、現状の配合原料充填層の層厚や焼結パレットの移動
速度を増加できる技術が求められる。

【０００８】この際問題となるのは、原料充填層内の燃
焼帯の表層部から漸次下層部に移行する移行速度であ
る。移行速度が従来と同じであれば、充填層の層厚や焼
結パレットの移動速度を増加させると焼結完了に必要な
焼結機の長さ及び焼結時間が増加し、生産性は向上しな
いからである。

【０００９】燃焼帯の移行速度を増加させるためには、
吸引ブロアーの負圧を増大して送風速度を増加させ、原
料充填層への酸素の供給量を増加させることが考えられ
る。

【００１０】しかし、原料層上層部の歩留りと焼結鉱の
品質との低下を防止するには原料層上層部の高温保熱指
数を保つ必要があり、原料層上層部の焼成エリア、すな
わち焼結ストランドの前段での燃焼帯の移行速度は現状
より増加できない。また、吸引ブロアーの負圧の増大に
より、重力と送風圧力が重畳して充填層が圧縮されて通
気が阻害され、さらに排風量の増大を招く問題があり、
吸引ブロアーの負圧を増大させることは行われていな
い。なお、ここで高温保熱指数とは、図２に示すよう
に、ある場所でのヒートパターンにおいて、例えば図中
の斜線部で示すように、１１００℃以上に維持する時間
と最高温度と１１００℃の差で与えられる温度との積で
表される。

【００１１】そこで本発明は、原料層上層部の高温保熱
指数を増加して、上層部の歩留り、焼結鉱の品質を向上
すると共に、配合原料の層厚や焼結パレットの移動速度
を増加させて焼結機の生産性を大幅に向上できる焼結鉱
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の焼結鉱製造方法
は以下の通りである。

【００１３】（１）原料粉鉱石と溶剤と燃料とを含む
配合原料をドワイトロイド式焼結機のパレット上に装入
して原料充填層表層部に点火し、酸素含有ガスを下方か
ら吸引して焼結鉱を製造する方法において、点火後の原
料充填層表層部をマイクロ波で加熱して焼結させた後、
原料充填層に供給する酸素含有ガスの高さ方向の差圧
を、マイクロ波照射範囲の原料充填層における高さ方向
の差圧より増加して焼結することを特徴とする焼結鉱製
造方法。

【００１４】（２）前記（１）の原料充填層表層部が
表層から３０〜７０ｍｍまでであることを特徴とする焼
結鉱製造方法。

【００１５】（３）点火後の原料充填層表層部をマイ
クロ波で加熱して焼結させた後、原料充填層に供給する
酸素含有ガスの高さ方向の差圧を、マイクロ波照射範囲
の原料充填層における高さ方向の差圧の１．１〜１．５
倍の差圧で焼結することを特徴とする前記（１）または
（２）の焼結鉱製造方法。

【００１６】点火炉直後の原料充填層表層部を保温ある
いは加熱すると、表層部の焼成反応に必要な高温保持時
間が改善され、表層部の歩留りが向上することは良く知
られている。

【００１７】一方、本発明者らは、高温となっている原
料充填層表層部にマイクロ波を照射すると、表層部の冷
却速度を低下させ、さらには再び昇温することさえでき
ることを見出した。マイクロ波加熱の原理は、電気分極
を生じる誘電体が電磁波からの電界中に置かれると双極
子が電界の変化に従い振動、回転し、内部摩擦により発
熱することを利用するものである。焼結原料中の誘電体
としては、Ｆｅ₃Ｏ₄、Ａｌ₂Ｏ₃などが挙げられ、カ
ーボンも良く誘電加熱される物質である。特に、Ｆｅ₃
Ｏ₄は損失係数が大きく室温においてさえもマイクロ波
を良く吸収する物質であり、マイクロ波加熱と同時に温
度が暴走（ランナウェイ現象）して急激に高温となる。
また、Ａｌ₂Ｏ₃は損失係数が温度と共に指数関数的に
増加するので、２００℃程度以上の温度になれば、マイ
クロ波加熱により急激に高温となる物質である。従っ
て、点火後の原料充填層の表層部のように、前記の物質
を主体とし、特に点火炉の直後のように表層温度が高く
なっている箇所にマイクロ波を照射すると、急速に加熱
でき、原料充填層表層部の焼結を進行させることができ
る。

【００１８】なお、ここで原料充填層表層部とは、原料
充填層の表層から下層方向に３０〜７０ｍｍまでの範囲
を指す。ドワイトロイド式焼結機は、空気あるいは排ガ
スを吸引して焼結反応を起こさせるもので、冷却用の空
気が最初に通過する原料充填層表層部は温度上昇が不十
分で熱不足になる。原料充填層表層部を加熱して焼成熱
量を増加することができれば、表層部の歩留りや品質を
改善すると共に、その熱は下層に伝播されていくので、
焼結層の上中層の最高温度、熱レベルを向上させること
になる。

【００１９】ここで、原料充填層表層部あるいは上層部
の熱量が増大した場合、言い換えると燃焼溶融帯の層厚
方向の幅が増大した場合、通気抵抗の最も大きい燃焼溶
融帯の層厚方向の幅が下層部に移行するに従って拡大
し、下層部の焼成における通気抵抗が大きくなるため、
燃焼溶融帯の移行速度が小さくなり生産率が低下する悪
影響が出る。従って、中下層部の焼成において燃焼溶融
帯の移行速度を速くする対策が必要である。この際、上
層部の熱量を有効に使用することが重要である。

【００２０】マイクロ波を照射する範囲以降の原料充填
層の中下層部の焼成において、原料充填層に供給する酸
素含有ガスの上下の差圧を増大すれば、燃焼溶融帯の移
行速度を速くすることができる。しかし、従来の吸引負
圧を増加させる方法だけでは、燃焼溶融帯の前面の移行
速度も増加するが、燃焼溶融帯の後面の冷却速度の増加
の方が大きいので、焼成に必要な熱量が不足し、特に原
料充填層表層部の歩留りや品質の悪化を招いていた。本
発明では、原料充填層の表層部をマイクロ波加熱した後
に、酸素含有ガスの高さ方向の差圧を増加させるため、
従来のように表層部の焼成に必要な熱量が不足すること
なく、歩留りや品質を維持して燃焼溶融帯の移行速度を
速くすることができる。さらに、上層部の歩留り、品質
が向上するので、トータルとしての歩留り、品質が向上
するのである。

【００２１】このように、本発明は、原料充填層表層部
へのマイクロ波照射による表層部の歩留り改善効果と、
原料充填層に供給する酸素含有ガスの上下の差圧を増加
することによる燃焼溶融帯の移行速度の増加とにより焼
結鉱の品質を低下させることなく、原料充填層の層厚や
焼結パレットの移動速度を増加できるため、絶大な生産
性の向上効果をもたらすものである。

【００２２】マイクロ波としては、工業的用途に指定さ
れているＩＳＭ周波数帯で定められている２４５０ＭＨ
ｚ±５０ＭＨｚ、５．８ＧＨｚ±７５ＭＨｚ、２４．１
２５ＧＨｚ±１２５ＭＨｚのマイクロ波が使用できる。
また、電波法上で定められた漏洩の許容限度を越えなけ
れば、９１５ＭＨｚ±２５ＭＨｚも使用できる。ただ
し、広く用いられている２４５０ＭＨｚ±５０ＭＨｚの
マイクロ波が設備面から最も好ましい。

【００２３】マイクロ波加熱で所要のエネルギー量を確
保するためには、例えば印加電圧５ｋｗや２５ｋｗのマ
イクロ波発生装置を複数台設置し、各発生装置からのマ
イクロ波を導波管を介して照射すればよい。パレット上
の原料充填層表層部へのマイクロ波の照射最適範囲は、
５〜２００ｋｗ／ｍ²である。５ｋｗ／ｍ²未満ではマ
イクロ波による加熱効果が見られず、２００ｋｗ／ｍ²
超ではマイクロ波による加熱効果が頭打ちになるからで
ある。

【００２４】原料充填層に供給する酸素含有ガスの上下
の差圧を増加する範囲は、前記マイクロ波加熱により加
熱される原料充填層表層部の範囲を除けば限定されるも
のではない。ただし、生産性向上の観点からは、燃焼溶
融帯の前面が原料充填層の中間部に位置するところか
ら、焼結完了点までの範囲とすることが特に好ましい。
なお、焼結完了点とは、パレット直下の排ガス温度が最
高温度になった時点を示す。

【００２５】原料充填層に供給する酸素含有ガスの上下
の差圧を増加する手段は、酸素含有ガスの吸引負圧を増
加させても良いし、原料充填層の上方に酸素含有ガス吹
き込みフードを設け、フード内を大気圧超に加圧して、
上方から下方に加圧送風しても良い。該範囲の差圧は、
前記マイクロ波加熱により加熱される原料充填層表層部
の範囲の差圧に対して１．１〜１．５倍が好ましい。た
だし、原料充填層の層厚などにより該差圧の最適値を決
めれば良い。

【００２６】なお、酸素含有ガスとは、大気はもちろん
のこと、焼結機から排出される排ガスや、他のプロセス
からの排ガスなどを含むと共に、大気と排ガスとの混合
ガス、酸素富化したガスをも含むもので、酸素濃度が１
２〜４０ｖｏｌ％のガスが好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明を実施する設備の概
要図である。配合原料１はサージホッパー２からドラム
フィーダー３、原料装入装置５を介してパレット６上に
連続的に供給され、パレット６上に層状に積層される。
この間、原料給鉱側のスプロケット４を回転させてパレ
ット６を所定の速度で移動させると共に、下側に複数個
設けたウインドボックス８、メインダクト９、排ガス集
塵機１０を経て吸引ブロアー１１により吸気し、煙突１
２より排ガスを排出する。点火炉１３により原料充填層
７の上面に点火して、点火炉１３の出側でマイクロ波照
射装置１４により原料充填層７の表層にマイクロ波を照
射する。さらに、好ましくはメインダクト９にダンパー
１７を設け、排ガス集塵機１５を経て吸引ブロアー１６
により吸気し、排ガスをメインダクト９に戻す。また
は、原料充填層７の上方に酸素含有ガスの吹き込みフー
ド１８を設けて、加圧送風する。この場合、加圧送風す
る範囲のウインドボックス８につながるメインダクト９
から、排ガス集塵機１５を経て吸引ブロアー１６により
吸気することもできる。また、吹き込みフード１８内と
ウインドボックス８の間の差圧を制御できる機構になっ
ている。このようにして、パレット６上の原料充填層７
が排鉱部に達する間に全層にわたって焼結反応を完了さ
せるように速度制御した連続運転を実施する。

【００２８】

【実施例】本発明を実施例１、２により詳細に説明す
る。

【００２９】焼結面積５００ｍ²で焼結パレット幅５
ｍ、機長１００ｍの実機焼結機を図１に示すように一部
改造して、１水準７日間ずつの操業を行った。配合原料
は種々の鉄鉱石および石灰石、生石灰、蛇紋岩、スケー
ル等の雑原料、返鉱、粉コークスを焼結鉱中のＳｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃がそれぞれ５．８％、１．８％になる
ように調整し、塩基度は１．７になるように配合した。
返鉱配合率は新原料の合計１００に対して１５％一定、
コークス配合率は新原料の合計１００に対して４．０％
一定とした。比較例、実施例ともに同じ配合とした。

【００３０】配合原料に返鉱、粉コークスを配合した後
に水を添加してミキサーで混合、造粒して焼結機に装入
した。操業は、層厚５００ｍｍ一定とし、焼結完了点が
排鉱部になるようにパレットスピードを調整した。な
お、圧力は大気圧に対する値とした。

【００３１】実施例１では、メインブロアーの吸引負圧
を１６００ｍｍＡｑとし、点火炉出側から原料層が移動
する１分間に、周波数が２４５０ＭＨｚのマイクロ波を
２０ｋＷで照射して、表層から５０ｍｍの範囲の高温保
熱指数を従来よりも３０％増加した。マイクロ波の照射
範囲を点火炉直後からストランド長さ３ｍまでとし、さ
らに、燃焼溶融帯の前面が原料充填層の中間部から焼結
完了点に位置する点火部からストランド長さ５０〜９５
％の範囲の吸引負圧を２４００ｍｍＡｑに増した。この
場合、パレット移動速度を５．０ｍ／ｍｉｎとした。

【００３２】実施例２では、メインブロアーの吸引負圧
を１６００ｍｍＡｑとし、点火炉出側から原料層が移動
する１分間に、周波数が２４５０ＭＨｚのマイクロ波を
２０ｋＷで照射して、表層から５０ｍｍの範囲の高温保
熱指数を従来よりも３０％増加した。マイクロ波の照射
範囲を点火炉直後からストランド長さ４ｍまでとし、さ
らに、燃焼溶融帯の前面が原料充填層の中間部から焼結
完了点に位置する点火部からストランド長さ５０〜９５
％の範囲を上方から８００ｍｍＡｑで加圧し、吸引負圧
は１６００ｍｍＡｑのままとして、差圧を２４００ｍｍ
Ａｑに増した。この場合、パレット移動速度を５．５ｍ
／ｍｉｎとした。

【００３３】比較例は、実施例と同じ配合原料を層厚５
００ｍｍ、負圧１６００ｍｍＡｑ一定で点火部から排鉱
部まで大気を吸引して、配合原料層内は負圧で焼結する
従来法で焼結した。この場合、パレット移動速度を３．
８ｍ／ｍｉｎとした。

【００３４】表１に比較例と実施例１、２で得られた焼
結鉱の生産率、成品歩留り、ＲＤＩ、ＮＯｘ排出量原単
位を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から分かるように、実施例１、２では
比較例に対して生産率が著しく向上した。また、従来は
生産率が向上すると成品歩留りが低下する傾向があった
が、実施例では成品歩留りも向上した。さらに、ＲＤＩ
とＮＯｘ排出量原単位も改善され、操業面および環境面
において優れた効果を発揮できた。

【００３７】なお、焼結時の負圧の設定や吸引ガスの酸
素濃度と吸引時間は上記実施例に限るものではなく、生
産性指向やＲＤＩ改善指向、ＮＯｘ排出抑制指向、排ガ
ス量抑制指向で変化させることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、従来困難であった大幅
な配合原料充填層の層厚の増加やパレット移動速度の増
加が可能となり、焼結機の生産性を大幅に向上させるこ
とができる。さらに、成品歩留りやＲＤＩが改善され、
ＮＯｘ排出量原単位や排ガス量が低減される。このよう
に、本発明は両立し難い改善効果を同時にもたらしてお
り、その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための焼結装置の例を示す図
である。

【図２】ヒートパターンにおける高温保熱指数を示す図
である。

【符号の説明】

１配合原料２サージホッパー３ドラムフィーダー４スプロケット５原料装入装置６パレット７原料充填層８ウインドボックス９メインダクト１０排ガス集塵機１１吸引ブロアー１２煙突１３点火炉１４マイクロ波照射装置１５排ガス集塵機１６吸引ブロアー１７ダンパー１８吹き込みフード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料粉鉱石と溶剤と燃料とを含む配合原
料をドワイトロイド式焼結機のパレット上に装入して原
料充填層表層部に点火し、酸素含有ガスを下方から吸引
して焼結鉱を製造する方法において、点火後の原料充填
層表層部をマイクロ波で加熱して焼結させた後、原料充
填層に供給する酸素含有ガスの高さ方向の差圧を、マイ
クロ波照射範囲の原料充填層における高さ方向の差圧よ
り増加して焼結することを特徴とする焼結鉱製造方法。
【請求項２】請求項１記載の原料充填層表層部が表層
から３０〜７０ｍｍまでであることを特徴とする焼結鉱
製造方法。
【請求項３】点火後の原料充填層表層部をマイクロ波
で加熱して焼結させた後、原料充填層に供給する酸素含
有ガスの高さ方向の差圧を、マイクロ波照射範囲の原料
充填層における高さ方向の差圧の１．１〜１．５倍の差
圧で焼結することを特徴とする請求項１または請求項２
記載の焼結鉱製造方法。